JP2006188969A - Windmill and wind power generator incorporating this windmill - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は,主軸に回転翼を取り付け,前記回転翼に対して空気を導入するガイド通路部材を有するガイドベーンから成る風車及びそれを組み込んだ風力発電機に関する。 The present invention relates to a wind turbine comprising a guide vane having a guide passage member having a rotor blade attached to a main shaft and introducing air into the rotor blade, and a wind power generator incorporating the wind turbine.
近年,省エネルギーや環境汚染の防止に対応するため,風力発電機の普及が叫ばれている。エネルギー危機が叫ばれる社会情勢の中で,我が国には風力ほど豊富に存在するものはなく,風力ほど環境汚染の少ないエネルギー源は他に無い。そこで,我が国では,風力エネルギーの利用を促進するため,風力発電機を一般家庭用として設置できる大きさに構成し,風力発電機に対する設備投資の少ない発電機を開発することが求められている。 In recent years, the popularization of wind power generators has been screamed in order to save energy and prevent environmental pollution. In the social situation where the energy crisis is screamed, there is nothing in Japan as rich as wind power, and there is no other energy source with less environmental pollution than wind power. Therefore, in Japan, in order to promote the use of wind energy, it is required to develop a generator that has a size that can be installed for general household use and that has little capital investment for the wind generator.
従来,風力発電機は,その構造がプロペラ式が多く普及しているが,この方式はプロペラが風の向きに対して常に正面を向くように構成する必要があり,多くの実用例では風向計が取り付けられ,風向きによってプロペラ位置を変える構造に構成されている。例えば,風力発電装置として,風力の変動に係わらず一定の電力を発電することが可能な永久磁石型交流発電機を使用したものが知られている。該風力発電装置では,永久磁石型交流発電機はプロペラによって回転駆動される。発電機で発電された電力はインバータに供給される。インバータは,プロペラの回転数に比例した周波数の信号に対して所定の位相差を有する信号によって制御されるため,風力の変動によらず一定の電力を出力することができる(例えば,特許文献1参照)。 Conventionally, wind turbine generators have been widely propeller-type in structure, but this method requires that the propeller be always facing the front of the wind. Is installed, and the propeller position is changed according to the wind direction. For example, a wind turbine generator using a permanent magnet type AC generator capable of generating a certain amount of power regardless of wind fluctuations is known. In the wind power generator, the permanent magnet type AC generator is rotationally driven by a propeller. The electric power generated by the generator is supplied to the inverter. Since the inverter is controlled by a signal having a predetermined phase difference with respect to a signal having a frequency proportional to the number of revolutions of the propeller, the inverter can output a constant power regardless of wind force fluctuation (for example, Patent Document 1). reference).
また,風力発電装置として,羽根体の形状を翼状に構成し,かつ簡潔な構成にて回転効率を向上させるクロスフロー風車を搭載したタイプが知られている。該クロスフロー風車は,上下一対の円板形状の回転板間における外側部に,互いに間隔をもって複数の羽根体を立設し,各羽根体の横断面形状を飛行機の翼と同様の翼形にして,風力を受けて回転板の周方向への揚力を発生する形状にする。羽根体の内端側である回転板の中央部分に,何も設置せずに空気流を妨げることのない空間部を形成し,空間部の上下側をそれぞれ回転板により閉鎖することによって,回転板内部及び羽根体における空気流の乱れを防ぐものである(例えば,特許文献2参照)。 As a wind power generator, there is known a type equipped with a cross-flow wind turbine in which the shape of a blade body is formed in a wing shape and the rotation efficiency is improved with a simple configuration. The crossflow wind turbine has a plurality of blades standing at intervals between the pair of upper and lower disk-shaped rotating plates, and each blade has a cross-sectional shape similar to that of an airplane wing. Therefore, it is shaped to generate lift in the circumferential direction of the rotating plate by receiving wind power. In the central part of the rotating plate, which is the inner end side of the blade body, a space is formed that does not block the air flow without installing anything, and the upper and lower sides of the space are closed by the rotating plate. This prevents the air flow from being disturbed inside the plate and the blades (see, for example, Patent Document 2).
また,クロスフロー風車を使用した風力発電機が知られている。該風力発電機におけるクロスフロー風車は,大幅な風の流入効率を向上させることを図ったものであり,回転自在に支持された風車本体を有し,風車本体を覆ってケーシングが設けられ,該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口が設けられ,該流入口に対向した風向きの風のケーシング外周に沿って流れによって発生する揚力により生じる最大負圧発生領域付近に面して,風車本体を通過する風を流出案内する流出口が設けられている(例えば,特許文献3参照)。
ところで,風力発電機に設けられている垂直翼形風車は,垂直に立つ軸に流線型の垂直翼を複数個,放射状の支柱の先端に取り付ける構造になっている。風力発電機における放射状垂直翼は,回転方向に対し,外側に僅かに迎え角をつけると,駆動力が作用して回転する。放射状垂直翼は,迎え角が大きければ大きい程,回転駆動力は大きいが,回転が大きい時には発電効率が悪くなる。しかしながら,上記タイプの風力発電機は,風の向きがどの方向から吹いていても,放射状垂直翼が回転するので,風向きが変化する風土では最適の風車といえる。 By the way, a vertical airfoil wind turbine provided in a wind power generator has a structure in which a plurality of streamlined vertical blades are attached to the tip of a radial support on a vertically standing shaft. The radial vertical blades in a wind power generator rotate when the driving force acts when the angle of attack is slightly outward. The radial vertical wing has a larger rotational driving force as the angle of attack is larger, but the power generation efficiency becomes worse when the rotation is large. However, the wind turbine generator of the above type is the most suitable windmill in the climate where the wind direction changes because the radial vertical blades rotate regardless of the wind direction.
風力発電機については,風速が小さい場合には,風のエネルギが大きくないので,風車の回転半径を大きくしなければならない。
風力発電機の発電力は,以下の式で表される。
W=(1/2)・ρ・Cp・A・V3
但し,W:出力,ρ:空気密度,Cp:風車の効率係数,A:風車の回転面積,及び,V:風速
上記の式にそれぞれの数値を当てはめてみると,風速が2〜3m/sのときには,出力がほとんど発生しないことが分かる。即ち,風力発電機では,風速は3乗で出力に影響するものであり,風速が大きい時には大きな出力が得られ,また,風速が小さい時にはほとんど出力が得られない。
For wind power generators, if the wind speed is low, the wind energy is not large, so the turning radius of the windmill must be increased.
The power generated by the wind power generator is expressed by the following equation.
W = (1/2) · ρ · Cp · A · V 3
However, W: Output, ρ: Air density, Cp: Windmill efficiency factor, A: Windmill rotation area, and V: Wind speed When the numerical values are applied to the above formula, the wind speed is 2 to 3 m / s. It can be seen that almost no output is generated when. That is, in the wind power generator, the wind speed is the third power, which affects the output. When the wind speed is high, a large output is obtained, and when the wind speed is low, almost no output is obtained.
この発明の目的は,上記の問題を解決するため,向かってくる風を内側に取り込んで増速させるため,向かってくる風を外側の断面ラッパ状に拡がるガイド通路部材に沿ってガイドベーンの集風部,整流部及びディフューザ状流路の内側へと取り込んで風の速度を大幅に増速させる風車を提供すると共に,前記風車を発電機に組み込んで,取り込む風を大幅に増速させて発電電力を風速の3乗の寄与率で比例して発電させ,発電電力を大幅にアップさせる風力発電機を提供することである。 In order to solve the above problems, the object of the present invention is to collect the guide vanes along the guide passage member that spreads the incoming wind inward and increases the speed of the incoming wind inward. A wind turbine that takes in the inside of the wind section, rectifier section, and diffuser-like flow path to significantly increase the speed of the wind is provided, and the wind turbine is incorporated into a generator to generate power by greatly increasing the wind speed. The purpose is to provide a wind power generator that generates power in proportion to the contribution rate of the third power of the wind speed and greatly increases the generated power.
この発明は,垂直に立てられた主軸,前記主軸の外周上に隔置して設けられた複数個の支持棒,前記支持棒の先端にそれぞれ固定された円周上に延びる回転運動する流線型の回転翼,前記主軸に取り付けられ且つ外周側に外側から内側に空気を導入する拡開状の固定通路を形成する一対のガイド通路部材,及び前記ガイド通路部材間で且つ前記回転翼の外周側で外側から内側に空気を導入する放射状の固定翼を形成するガイドベーンを有し, 前記ガイドベーンは,最外周が外側に拡開状の集風部,前記集風部の内側が平行流を形成する整流部,及び最内周が前記平行流から拡大するディヒューザ状流路部を形成していることを特徴とする風車に関する。 The present invention relates to a vertically standing main shaft, a plurality of support bars provided on the outer periphery of the main shaft, and a streamlined rotary motion extending on a circumference fixed to the tip of the support bar. A pair of guide passage members which are attached to the main shaft and which form an open fixed passage for introducing air from the outside to the inside on the outer peripheral side, and between the guide passage members and on the outer peripheral side of the rotary blade It has a guide vane that forms a radial fixed vane that introduces air from the outside to the inside, and the guide vane has a wind-collecting portion whose outermost periphery is widened outward, and the inside of the air-collecting portion forms a parallel flow The present invention relates to a wind turbine characterized in that a rectifying section that forms a diffuser-like flow path section whose innermost circumference expands from the parallel flow is formed.
前記ガイド通路部材は,前記回転翼と前記ガイドベーンの両端側をそれぞれ覆って延び,前記ガイドベーンの前記集風部,前記整流部及び前記ディヒューザ状流路部に導入される前記空気に対して絞り通路を形成するものである。 The guide passage member extends so as to cover both end sides of the rotor blade and the guide vane, and with respect to the air introduced into the air collecting part, the rectifying part, and the diffuser-like channel part of the guide vane. A throttle passage is formed.
前記ガイドベーンの前記固定翼は,前記内側から前記外側に向かって前記集風部の開口部が放射状に徐々に拡がり,前記ガイドベーンの前記最外周は,鋭角状で外周が円形の流線型に形成されている。 The fixed vane of the guide vane is formed in a streamlined shape in which the opening of the air collecting portion gradually expands radially from the inner side toward the outer side, and the outermost periphery of the guide vane has an acute angle and a circular outer periphery. Has been.
前記ガイドベーンは,流線ベクトルが前記回転翼の回転方向に沿うように僅かに捻じられて取り付けられている。更に,前記ガイドベーンは,前記回転翼の軸心から外側開口部の中点を結ぶ中心線に対し,流線が外側開口部の中点に位置して回転方向に対して5度〜30度斜めに捻じられた通路を形成している。 The guide vane is attached by being slightly twisted so that the streamline vector is along the rotation direction of the rotor blade. Further, the guide vane has a streamline located at the midpoint of the outer opening with respect to the center line connecting the axis of the rotor blade to the midpoint of the outer opening, and 5 degrees to 30 degrees with respect to the rotation direction. An obliquely twisted passage is formed.
この発明は,ハウジングに回転可能に支持された回転軸,前記回転軸に固定されたロータ,及び前記ハウジングに固定されて巻線が櫛部に巻き込まれたステータを備えた発電機において,前記風車は,前記風車における前記主軸を前記回転軸に連結して取り付けられていることを特徴とする風力発電機に関する。 The present invention provides a generator including a rotating shaft rotatably supported by a housing, a rotor fixed to the rotating shaft, and a stator fixed to the housing and having a winding wound around a comb portion. , The wind turbine generator is characterized in that the main shaft of the wind turbine is attached to the rotating shaft.
この風力発電機は,前記ロータが周方向に隔置して配設された永久磁石部材を備えており,前記ステータに対して移動可能に前記ハウジングに取り付けられ且つ前記ステータを通る磁束を磁路空隙の増減により制御する磁束制御リングが設けられている。 The wind power generator includes a permanent magnet member in which the rotor is spaced apart in the circumferential direction, is attached to the housing so as to be movable with respect to the stator, and magnetic flux passing through the stator is a magnetic path. A magnetic flux control ring that is controlled by increasing or decreasing the gap is provided.
この風力発電機は,前記永久磁石部材の外周に取り付けられた磁路形成可能な補強部材,前記補強部材の端部に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング,及び前記ロータの所定の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させる接離駆動手段を有するものである。 The wind power generator includes a reinforcing member capable of forming a magnetic path attached to an outer periphery of the permanent magnet member, a magnetic leakage ring made of a magnetic material that can be contacted and separated from an end of the reinforcing member, and a rotor It has contact / separation drive means for contacting and separating the magnetic leakage ring with respect to the reinforcing member in response to a predetermined rotational speed.
この風車は,上記のように,回転翼が回転する外周に固定翼のガイドベーンとガイドベーンへの案内翼であるガイド通路部材とを備え,ガイド通路部材が外側が開口面積が広く形成され,ガイドベーンが集風部,整流部及びディフューザ状流路部から構成されているので,風車の集風部から導入される風が集まって流れ込み,流れ込んだ速度アップした風が中間部の整流部で整流され,径が短くなる内側のディフューザ状流路部でさらに緩やかに絞られているので,流入した風が大幅に速度を増し,外周から流入する風の速度が乱れを起こすことなく増速され,増速された風が垂直翼の回転翼に衝突作用し,回転翼に大きな回転推進力を与える。風車に推進力を与えた風は,逆側のガイドベーンへと流れるが,ガイドベーンがディフューザの機能を果たし,風は風車から吸い出されるため,風車が風に対して抵抗体となることはなく,また,風車が高速になると,風車内の空気を遠心力により外側に押し出すので,風の下流では風が押し出されることにより,効率が大幅に向上する。また,この風車は,風の中に設置されると,装置の外側ではガイドベーンが風の抵抗体となり,外側に強い乱流を形成させ,外側に防護流を作るので,風の流れに対し,逆側では負の空気圧が形成され,風車内の空気がその領域に吸い出される。 As described above, this wind turbine includes a guide vane of a fixed vane and a guide passage member that is a guide vane to the guide vane on the outer periphery around which the rotor blades rotate, and the guide passage member has a wide opening area on the outside. Since the guide vane is composed of a wind collecting part, a rectifying part, and a diffuser-shaped flow path part, the wind introduced from the wind collecting part of the windmill gathers and flows, and the increased speed of the wind flows into the rectifying part in the middle part. Since the air is rectified and is narrowed more gently in the inner diffuser-shaped flow passage, the speed of the wind that has flowed in is greatly increased, and the speed of the wind that flows in from the outer periphery is increased without causing disturbance. , The accelerated wind collides with the rotor blades of the vertical blades and gives a large rotational thrust to the rotor blades. The wind that gives propulsion to the wind turbine flows to the guide vane on the opposite side, but the guide vane functions as a diffuser, and the wind is sucked out of the wind turbine, so that the wind turbine becomes a resistance to the wind. In addition, when the wind turbine speed increases, the air in the wind turbine is pushed outward by centrifugal force, so that the wind is pushed downstream of the wind, thereby greatly improving the efficiency. Also, when this windmill is installed in the wind, the guide vanes act as wind resistors outside the device, forming strong turbulence on the outside and creating a protective flow on the outside. On the opposite side, negative air pressure is formed, and the air in the windmill is sucked into that area.
また,この風力発電機は,上記のように,上下に設けた一対のガイド通路部材と多数のガイドベーンを備えた風車が取り付けられ,風車の風速を増加させる効果によって出力を大きくすることができ,発電効率の向上に寄与することになる。例えば,発電機については,風車回転面積を5m2 とし,風速が3m/sの時に300Wの風車の風速を2倍にした場合に,発電出力が8倍の2.4Kwになる。しかしながら,この場合には,風力発電機について,風車の回転が大きくなるので,強度対策のため,風車の受風面積を2分の1にした場合に,4倍の1.2kwの出力が得られ,通常の発電機と比較してその利用率が5倍以上に向上する。わが国の風力発電機の普及が遅れている理由の1つに,各地の風が余り大きくものではなく,平均風速が5m/sの地域が圧倒的に多い。従来の風力発電機では,上記の風力で通常の風車を使うと,1.4kwの出力が得られるが,この発明による風力発電機を用いると,受風面積が5m2 とした場合に,11.1kwの出力,面積を1/2にすると,5.6kwの出力となり,極めて効率的なもの完成することになる。 Further, as described above, this wind power generator is provided with a pair of guide passage members provided on the upper and lower sides and a wind turbine having a large number of guide vanes, so that the output can be increased by the effect of increasing the wind speed of the wind turbine. This will contribute to the improvement of power generation efficiency. For example, when the wind turbine rotation area is 5 m 2 and the wind speed of a 300 W wind turbine is doubled when the wind speed is 3 m / s, the power generation output is 2.4 Kw, which is eight times greater. However, in this case, the wind turbine rotation of the wind power generator is increased, and as a countermeasure against strength, when the wind-receiving area of the wind turbine is halved, a 4-fold output of 1.2 kW is obtained. As a result, the utilization rate is more than five times that of ordinary generators. One of the reasons why the spread of wind power generators in Japan is delayed is that the winds at each place are not too big, and the average wind speed is 5m / s. With a conventional wind power generator, an output of 1.4 kW can be obtained by using a normal wind turbine with the above-mentioned wind power. However, with the wind power generator according to the present invention, when the wind receiving area is 5 m 2 , If the output is .1 kw and the area is halved, the output is 5.6 kw, and a very efficient one is completed.
また,この風力発電機は,例えば,ロータの回転軸の回転速度に応答して磁力漏洩部材を補強部材に対して接離可能に構成したり,また,ステータに対して磁路空隙を作る磁束制御リングを設けることができ,その場合には,エンジンに連結された回転軸が所定の回転数以上の高速回転時には磁力漏洩部材を補強部材に接触させ,隣接する永久磁石片間で閉磁路を形成させ,ステータ側への磁力の流れを低減して所定の一定電圧にすると共に,ロータの回転数に応答して磁束制御リングを移動させてステータとの空隙を増減させて前記ステータを通る磁束を制御して予め決められた所定の一定電圧を発電させることができ,例えば,エンジンが高回転になってロータが高速回転すると,磁力漏洩部材を補強部材に接触させて回転軸を空周りさせて負荷の軽減をし,耐久性を向上させ,常に所定の一定電圧を発電させることができる。 In addition, this wind power generator is configured such that, for example, the magnetic leakage member can be brought into contact with or separated from the reinforcing member in response to the rotational speed of the rotating shaft of the rotor, or a magnetic flux that creates a magnetic path gap with respect to the stator. A control ring can be provided, in which case the magnetic leakage member is brought into contact with the reinforcing member when the rotating shaft connected to the engine rotates at a high speed of a predetermined number of revolutions or more, and a closed magnetic circuit is formed between adjacent permanent magnet pieces. The magnetic flux flowing through the stator is reduced by reducing the flow of magnetic force to the stator side to a predetermined constant voltage and moving the magnetic flux control ring in response to the rotational speed of the rotor to increase or decrease the gap with the stator. For example, when the engine rotates at a high speed and the rotor rotates at a high speed, the magnetic leakage member is brought into contact with the reinforcing member to rotate the rotating shaft around. The reduction of the load Te, improve durability, can always be generating the predetermined constant voltage.
以下,図面を参照して,この発明による風車及び風力発電機の実施例を説明する。この発明により風車51は,図1及び図2に示すように,垂直に立てられた主軸56,主軸56の外周上に隔置して設けられた複数個の支持棒54,支持棒54の先端に固定された円周上に延びる流線型の回転翼55,主軸56に取り付けられ且つ外周側に外側から内側に空気を導入する拡開状の固定通路40を形成する一対のガイド通路部材57,58,及びガイド通路部材57,58間で且つ回転翼55の外周側で外側から内側に空気を導入する放射状の固定翼を形成するガイドベーン53を有するものである。風車51は,特に,ガイド通路部材57,58及びガイドベーン53の構成に特徴を有している。ガイド通路部材57,58は,外周部の拡開面49及び内周部の平行面48とで絞り通路37を形成し,また,ガイドベーン53は,絞り通路37において最外周が外側に拡開状の集風部34,集風部34の内側が平行流を形成する整流部35,及び最内周が平行流から拡大するディヒューザ状流路部36を形成するように構成されていることを特徴としている。
Embodiments of a wind turbine and a wind power generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the
また,ガイド通路部材57,58は,回転翼55の両端部41側と固定翼を構成するガイドベーン53の両端部側とをそれぞれ覆って延びており,特に,ガイドベーン53の集風部34,整流部35,及びディヒューザ状流路部36に導入される空気に対して,絞り通路37を形成するように主軸56に取り付けられている。風車51は,例えば,土台,設置場所等のベースに載置して設定されるものであり,この実施例ではベースには,永久磁石式発電機50のハウジングが設置され固定されている。上側のガイド通路部材57及び下側のガイド通路部材58は,例えば,支持フレーム等によって永久磁石式発電機50のハウジングに固定されてもよく,軸受52を介して永久磁石式発電機50の出力軸である回転軸10の上端59側と下端60側とに旋回自在に取り付けられてもよい。回転軸10には,風車51の主軸56が一体に連結されている。また,ガイド通路部材57,58には,ガイドベーン53が適宜な手段で固定状態に取り付けられ,ガイドベーン53は,回転翼55の回転外周からガイド外側に放射状に延びる流線型の垂直な固定翼に構成されている。
The
一対のガイド通路部材57,58は,回転翼55に対して一種の案内固定翼を形成しており,回転翼55の回転軌跡RTの円周から外側に向かって断面ラッパ状即ち拡開状に拡がり,断面ラッパ状のガイド面49に沿って流入する風に対して絞り通路37を形成するように互いに対向して配設されている。ガイド通路部材57,58に適宜の手段で取り付けられたガイドベーン53の固定翼は,内側から外周に向かって集風部34の開口部が放射状に徐々に拡がり,それらの形状が最外周側が鋭角状の先端部46であり,最内周側が断面円形状あって,最外周側と最内周側とを結ぶ両外面が円形の流線型をなしている。従って,風車51に流入する風は,ガイドベーン53の集風部34を通って流入することによって風速がアップし,その風力が回転翼55に強力に衝突作用し,回転翼55を強力に回転させ,風車51を永久磁石式発電機50の回転軸10に固定した場合に,永久磁石式発電機50の発電効率を大幅にアップすることができる。また,多数のガイドベーン53は,回転翼55の回転軌跡RTの領域において集風部34に続いて流入する風に対して平行通路の整流部35を形成するようにガイド面が互いに平行に配設されている。また,ガイドベーン53は,ガイド通路部材57,58のガイド面48,49の形状に対応させて,内側から外周に向かって開口部が上下に放射状に徐々に拡がった形状を有する。
The pair of
ガイドベーン53は,空気の流入通路の集風部34が外側に開口している。ガイドベーン53は,その上下部がガイド通路部材57,58の壁面の拡開面49に沿って内径方向に徐々に絞られた形状の絞り通路37に設置されている。ガイドベーン53は,絞り通路37において,最外周が外側に拡開状の集風部34,集風部34の内側が平行流を形成する整流部35及び最内周が平行流から拡大するディヒューザ状流路部36を形成しており,外側に向かって放射状に徐々に拡がり,最外周が鋭角状で外周が円形の流線型に形成されている。次いで,空気流は,回転翼55に衝突作用して回転翼55を回転させた後に,ガイド通路部材57,58の壁面の平行面48に沿って流れて風車51の外部へ放出される。従って,風車51に流入した風は,まず,拡開面49間の集風部34に沿って内径方向に徐々に絞られて風速をアップして流入し,次いで,整流部35で整流されて平行流になって進行し,更に,ディフューザ状流路部36の内方への径の縮小に従って風速がアップされて流れ,そこで,回転翼55に作用して回転翼55を回転させる。また,ガイドベーン53は,流線ベクトルが回転翼55の回転方向に沿うように僅かに捻じられて取り付けられている。更に,ガイドベーン53は,回転翼55の軸心から外側開口部の中点を結ぶ中心線に対し,その流線が外側開口部の中点を固定し,回転翼55の回転方向に向かって5度〜30度斜めに捻じられた通路に形成されている。ガイドベーン53は,風車51の回転方向に向かって斜めに捻じる角度が5度以下であると,捻じっていない通路に比較して捻じりによる流線ベクトルの効果が少なく,また,斜めに捻じる角度が30度以上であると,流入通路の集風部34への空気の吹き込み量が絞られるようになり,捻じりによる流線ベクトルの効果が低下する。従って,風車51に吹き込まれる風は,風車51にスムーズに流入して風速をアップし,回転翼55に対して良好に作用して回転を増速することになる。
In the
次に,図3〜図7を参照して,この発明による風力発電機について説明する。この風力発電機は,例えば,永久磁石式発電機50に風車51を組み込んで構成されている。風力発電機電機は,主軸56に連結された回転軸10に固定されたロータ2とハウジング4に固定されて巻線13が櫛部15に巻き込まれたステータ1を有する永久磁石式発電機50であって,永久磁石式発電機50の回転軸10に主軸56が取り付けられた風力で回転する風車51を備えている。即ち,この風力発電機は,永久磁石式発電機50の回転軸10に主軸56を連結して風車51を取り付け,主軸56の風力による回転を回転軸10を通じてロータ2を回転駆動して発電させる。永久磁石式発電機50は,ロータ2とステータ1とを収容するハウジング4,ハウジング4に一対の軸受11を介して回転可能にそれぞれ支持されている回転軸10,回転軸10に固定された永久磁石部材20を持つロータ2,及びロータ2の外周から隔置してハウジング4に固定されているステータ1を有している。ステータ1は,ステータコア12とステータコア12における櫛部15間のスロット14に巻き上げられたコイル即ち巻線13を備えている。ロータ2は,周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片25を持つ永久磁石部材20を備えている。
Next, a wind power generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. This wind power generator is configured, for example, by incorporating a
また,永久磁石式発電機50は,ステータ1とロータ2との間の隙間39に配置されてステータ1に対して相対回転可能な磁束制御リング3と,磁束制御リング3をロータ2の駆動状態に応じてステータ1に対して相対移動させるアクチュエータ21とを備え,磁束制御リング3の機能によってステータ1への磁束を抑制して一定電圧を発電するように構成されている。ステータコア12は,例えば,積層薄板等から形成されたインナステータコアを構成する櫛状円筒部材43と,櫛状円筒部材43の櫛部15の外周部に嵌合固定されたアウタステータコアを構成するリング状継鉄部材42とから構成されている。櫛状円筒部材43は,外周部に櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部15,櫛部15間に形成されたスロット14,隣接する櫛部15を連結するため周方向に延びるブリッジ部16,及びブリッジ部16から内向きに延びる周方向に凹部33を形成して隔置した櫛状先端部30から形成されている。また,ロータ2は,例えば,回転軸10の外周に配置された継鉄19,継鉄19の外周面に配置された永久磁石部材20,及び永久磁石部材20の外周面に固定された一種の保持パイプである補強部材5を備えている。永久磁石部材20は,周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片25と,隣接する永久磁石片25間に介在された非磁性材26とから構成されている。永久磁石部材20を構成する永久磁石片25は,周方向に隣接する永久磁石片25が交互に異なった磁極即ちN極とS極とが交互に配置されるように配列されている。
The
磁束制御リング3は,例えば,絶縁材から成る絶縁軸受17を介してハウジング4に回転自在に支持され,ステータ1に対して回転移動可能に支持され,ステータ1に対して相対回転して磁束を制御する。磁束制御リング3には,周方向に隔置してブリッジ部27で接続してステータ1の櫛部15と相対する突出した歯部28が設けられ,歯部28の角部にチャンファ31が形成され,歯部28の凹部29の底部間にチャンファ31間の空隙より小さい空隙が設けられている。また,永久磁石式発電機50は,ステータ1における先端部30のチャンファ32と磁束制御リング3の歯部28のチャンファ31との間の空隙,ステータ1の先端部30と歯部28の底部との間の空隙,及び磁束制御リング3の歯部28の先端とステータ1のブリッジ部16との間の空隙は,磁路空隙を形成するものである。永久磁石式発電機50は,回転軸10の回転速度に応答して磁束制御リング3を移動させてステータ1との空隙を増減させてステータ1を通る磁束を制御し,予め決められた所定の一定電圧を発電させるものである。
The magnetic
また,永久磁石式発電機50は,ロータ2の永久磁石部材20の外周面に接して設け且つロータ2の補強を兼ねた磁性材から成る補強部材5,補強部材5の端部44に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング6,及びロータ2の所定の回転速度に応答して磁力漏洩リング6を補強部材5に対して接離させる接離駆動手段を有するように構成し,風力に小さい時や大き過ぎる時に永久磁石部材20の磁力を磁力漏洩リング6を通じて漏洩させ,コギングや暴走を防止することもできるように構成できる。補強部材5は,永久磁石片25の部分の外周に接して配設された周方向に隔置した円弧状磁性板材22と,隣接する永久磁石片25の境界部分に接して配設された介在した非磁性材23とが周方向に交互に配設接合されている。接離駆動手段は,例えば,図3及び図4に示すように,ハウジング4に固定された支持リング24,支持リング24に摺動自在に取り付けられた非磁性材でなる移動リング8,磁力漏洩リング6を移動リング8に回転自在に支持する移動軸受9,及び移動リング8を支持リング24に対して摺動させる移動手段を有するものである。移動手段は,例えば,移動リング8に大きなリードで形成された螺旋ねじ45に螺入している移動スクリュー7を持ったモータ等から形成されている。
In addition, the
永久磁石式発電機50は,回転軸10が回転開始即ちスタート時から予め決められた回転速度に達するまで磁力漏洩リング6を補強部材5に接触させて,永久磁石部材20の永久磁石片25からの磁力を補強部材5の磁性板材22を通って磁力漏洩リング6へ通し,次いで他の磁性板材22から他の永久磁石片25へ通して磁力を漏洩させ,永久磁石片25の吸着力を発生させずに,ロータ2をスムーズに回転させて起動時のロータ2のコギングの発生を防止する。永久磁石式発電機50は,例えば,風力が微風であると,起動トルクを乗り越えて始動できないが,永久磁石片25の吸着力を漏洩させることによって,永久磁石片25の吸着力が減じて微風であってもロータ2をスムーズに回転させることができる。回転軸10の回転速度が上昇すると,ロータ2の起動トルク以上になるので,その時点で磁力漏洩リング6を補強部材5から引き離し,永久磁石片25の磁力をステータ1側に通し,発電させることができる。また,永久磁石式発電機50は,例えば,風力が強風である時には,ロータ2が高速回転して暴走し,予め決められた所定の一定電圧以上に上昇し,一定電圧に制御できないので,その時には磁力漏洩リング6を補強部材5に接触させ,永久磁石片25からの磁力を上記のように漏洩させ,発電機能を停止させ,回転軸10の回転速度が低下すれば,再び磁力漏洩リング6を補強部材5から引き離して磁束制御リング3と共働して電圧制御を行う。
The
更に,永久磁石式発電機50は,磁束制御リング3をステータ1に対して回転移動させて磁束制御リング3とステータ1との間の空隙量を制御し,予め決められた一定の発電電圧を得るように制御できることを特徴としている。磁束制御リング3を回転駆動するアクチュエータは,電磁弁又は図示のようにモータ21で構成されるが,例えば,モータ21の場合には,モータ21の出力軸に伝達ギヤ18を介して磁束制御リング3の一端に設けられた揺動用レバー47を揺動させれば,磁束制御リング3をステータ1に対して揺動させることができる。永久磁石式発電機50は,図5及び図6に示すように,磁力漏洩リング6の機能に加えて,磁束制御リング3のステータ1に対する移動によって磁束制御リング3の歯部28とステータ1の先端部30との間に形成される空隙が増減し,ステータ1に流れる磁束が制御される機能を兼ね備えたものである。永久磁石式発電機50は,ステータ1における先端部30が磁束制御リング3の歯部28に整合するように位置している時には,ステータ1側への磁束は抑制されることがなく,ロータ2の回転によって予め決められた所定の一定電圧が発電する。図7に示すように,磁束制御リング3がステータ1に対して揺動移動し,磁束制御リング3の歯部28がステータ1の先端部30間の凹部33に位置するように移動した時には,歯部28がステータ1のスロット14に対応する位置ではチャンファ31と32との間に予め決められた所定量のクリアランス即ち磁路空隙が形成され,ステータ1側への磁束が抑制されることになる。磁束制御リング3,アクチュエータによって回転移動が制御される時には,磁束制御リング3に移動方向の上下流の一方のクリアランスと他方のクリアランスとは同程度のクリアランス量に制御されるように設定されている。磁束制御リング3の外周面は,ステータ1の櫛部15の内周面に密接して摺動可能であり,ステータ1に対して相対回転可能に配置され,磁束制御リング3をアクチュエータによってステータ1に対して相対的に僅かに回転させて磁束制御リング3のステータ1に対する位置を変更させてステータ1の櫛部15を通過する磁束を変化させ,発電電力を制御するものである。
Further, the
この発明による風力発電機は,例えば,個人用,産業用等に利用でき,発電された電力を各種機器の駆動,電灯,照明等の一般消費電力として,或いは電子機器,補機等で消費するのに適用できる。 The wind power generator according to the present invention can be used, for example, for personal use, industrial use, etc., and the generated power is consumed as general power consumption for driving various devices, lights, lighting, etc., or in electronic equipment, auxiliary equipment, etc. Applicable to.
1 ステータ
2 ロータ
3 磁束制御リング
4 ハウジング
5 補強部材
6 磁力漏洩リング
7 移動スクリュー(接離駆動手段)
8 移動リング(接離駆動手段)
10 回転軸
13 巻線
14 スロット
15 櫛部
20 永久磁石部材
21 アクチュエータ
34 集風部
35 整流部
36 ディフーザ状流路部
37 絞り通路
41 端部
46 先端部
51 風車
53 ガイドベーン
54 支持棒
55 回転翼
56 主軸
57,58 ガイド通路部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
8 Moving ring (contact / separation drive means)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
請求項1〜5に記載の前記風車は,前記風車における前記主軸を前記回転軸に連結して取り付けられていることを特徴とする風力発電機。 In a generator comprising a rotating shaft rotatably supported by a housing, a rotor fixed to the rotating shaft, and a stator fixed to the housing and having a winding wound around a comb portion,
The wind turbine according to any one of claims 1 to 5, wherein the wind turbine is attached by connecting the main shaft of the wind turbine to the rotating shaft.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005000032A JP2006188969A (en) | 2005-01-04 | 2005-01-04 | Windmill and wind power generator incorporating this windmill |
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| JP2005000032A JP2006188969A (en) | 2005-01-04 | 2005-01-04 | Windmill and wind power generator incorporating this windmill |
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|---|---|
| JP2006188969A true JP2006188969A (en) | 2006-07-20 |
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ID=36796400
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| JP2005000032A Pending JP2006188969A (en) | 2005-01-04 | 2005-01-04 | Windmill and wind power generator incorporating this windmill |
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| JP (1) | JP2006188969A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2005
- 2005-01-04 JP JP2005000032A patent/JP2006188969A/en active Pending
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